1.5 HỢP CHẤT (Z)-9-TETRADECEN-1-YL ACETATE
2.2.2 Tổng hợp 9-bromononyl acetate
Hỗn hợp gồm 9-bromononan-1-ol và Ac2O trong pyrydine được khuấy trong 12 giờ ở nhiệt độ phòng. Nước được thêm vào hỗn hợp và tiếp tục khuấy trong 1 giờ, sau đó chiết với ether. Lớp ether được rửa với dung dịch HCl, nước, dung dịch NaHCO3
bão hoà, nước muối bão hoà, làm khô bằng MgSO4. Cô đuổi dung môi thu được sản phẩm thô. Sắc kí cột với hệ dung mội giải ly là n-hexane:EtOAc = 9:1 thu được 9-bromononyl acetate hiệu suất đạt 83%.
Độ sạch chất sau khi kiểm tra bằng GC và trên bản mỏng, dung môi giải li là 5% ether-petroleum ether.
Hình 6 TLC của 9-bromononyl acetate
Cải tiến phản ứng: phản ứng ester hóa được tiến hành bằng phương pháp vi sóng, rút ngắn thời gian phản ứng chỉ còn 8 phút thay vì như phương pháp cổ điển bằng cách khuấy từ. Hiệu suất ở hai phương pháp cổ điển và vi sóng qua thực nghiệm khảo sát lần lượt là 93,25% và 94,5%. Điều đó chứng tỏ hiệu suất không lệch nhau nhiều. Ứng dụng vi sóng trong tổng hợp ester đã cho được kết quả đáng khích lệ, góp phần cho việc ứng dụng hiệu quả các kết quả nghiên cứu về chúng vào thực tiễn.
Bảng 4 Khảo sát ảnh hưởng của công suất đến hiệu suất phản ứng tổng hợp 9-bromononyl acetate bằng phương pháp vi sóng
TT
Công suất (W)
T.gian (phút)
K.L sản phẩm (g)/Hiệu suất (H%) H.suất TB (H%)
Phụ Lần 1 Lần 2 Lần 3 lục
1 1000 8 Cháy sản phẩm
2 750 8 1,38/94,32 1,37/94,16 1.39/95,02 94,5 PL6
3 500 8 1,03/70,06 1,02/70,05 1,04/71,15 70,6 PL7
4 450 8 0,96/65,7 0,97/66,5 0,95/65,4 65,87 PL8
Khối lượng tác chất sử dụng cho khảo sát là 1,325 g (5mmol) 9-bromononyl acetate.
Kết quả sau khi xử lý số liệu bằng phần mềm thống kê Statgraphics
One-Way ANOVA
Summary Statistics for “Yield”
Capacity
(W) Count Average Standard deviation
Coeff. of
variation Range Stnd.
Skewness
1000 - - - -
750 3 94,5 0,457384 0,2092% 0,86 1,0583
500 3 70,6 0,55 0,3025% 1,1 0,0
450 3 65,8667 0,568624 0,323333% 1,1 0,85253
Total 9 76,9989 13,3002 176,894% 29,62 0,936006
ANOVA Table for “Yield” by “Capacity”
Source Sum of
Squares Df Mean
Square F-Ratio P-Value Between groups 1413,48 2 706,741 2539,09 1,76.10-11
Within groups 1,67007 6 0,278344
Total (Corr.) 1415,15 8
Nhận xét
Bảng ANOVA cho thấy: 2539,09 >> 1,76.10-11, tức là F-Ratio >> P-Value, điều này chứng tỏ rằng có sự khác biệt đáng kể về hiệu suất phản ứng khi thực hiện phản ứng ester hóa 9-bromononyl acetate ở những công suất khác nhau.
Bảng 5 cho thấy, khi tiến hành phản ứng ở công suất 750 W thì cho hiệu suất cao nhất. Ở công suất 750 W, thời gian phản ứng được khảo sát lần lượt là 6, 8, 10 phút.
Bảng 5 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất phản ứng tổng hợp 9-bromononyl acetate bằng phương pháp vi sóng
TT C.suất (W)
T.gian (phút)
K.L sản phẩm (g)/Hiệu suất (H%) H.suất TB (H%)
Lần 1 Lần 2 Lần 3
1 6 1,32/90,25 1,33/90,45 1,34/91,16 90,55
2 750 W 8 1,38/94,32 1,37/94,16 1.39/95,02 94,5
3 10 1,28/87,5 1,25/85,12 1,26/86,17 86,26
Khối lượng tác chất sử dụng cho khảo sát là 1,325 g (5mmol) 9-bromononyl acetate.
Kết quả sau khi xử lý số liệu bằng phần mềm thống kê Statgraphics
One-Way ANOVA
Summary Statistics for “Yield”
Capacity
(W) Count Average Standard deviation
Coeff.of
variation Range Stnd.
Skewness
3 94,5 0,457384 0,2092% 0,86 1,0583
750 3 90,55 0,566657 0,3211% 1,12 0,544048
3 86,26 1,19274 1,42263% 2,38 0,247469
Total 9 90,44 3,63536 13,2158% 9,9 -0,19198
ANOVA Table for “Yield” by “Capacity”
Source Sum Squares Df Mean Square F-Ratio P-Value
Between groups 101,821 2 50,9103 78,21 0,0001
Within groups 3,90587 6 0,650978
Total (Corr.) 105,727 8
Nhận xét
Bảng ANOVA cho thấy: 78,21 >> 0,0001, tức là F-Ratio >> P-Value, điều này chứng tỏ rằng có sự khác biệt đáng kể về hiệu suất phản ứng khi thực hiên phản ứng ester hóa 9-bromononyl acetate ở những thời gian phản ứng khác nhau. Bảng 6 cho thấy, khi tiến hành phản ứng ở thời gian 8 phút thì hiệu suất chuyển hóa cao nhất, thời gian càng lâu hiệu suất càng giảm.
Xác định cấu trúc sản phẩm (Phụ lục 2) Điểm sôi: 175-180°C/760 mmHg.
Phổ IR (νmax, cm-1) (Phụ lục 2 - PL8): Mũi hấp thu dao động hóa trị của liên kết C=O ở ν = 1740 cm- 1, của liên kết C-O ở ν = 1038 cm-1, của liên kết C-Br ở ν = 643 cm-1.
1H NMR (500 MHz, CDCl3, δppm) (Phụ lục 2-PL9, 10): xuất hiện các tín hiệu đặc trưng proton của H-2' ở δH = 2,04 ppm (3H, s), tín hiệu proton của -CH2O- ở δH = 4,05 ppm (2H, t, J = 6,75 Hz), tín hiệu proton của -CH2-Br-ở δH = 3,40 ppm (2H, t, J = 7 Hz).
Phổ 13C NMR (125 MHz, CDCl3, δppm) (Phụ lục 2 - PL11, 12): xuất hiện tín hiệu đặc trưng của C=O ở δC = 171,17 ppm, tín hiệu của -CH2-O- ở δC = 64,57 ppm, tín hiệu của -CH2-Br ở δC = 33,92, tín hiệu của CH3- ở δC = 20,99 ppm.
Bảng 6 Dữ liệu phổ 1H NMR của 9-bromononyl acetate
TT Số H và liên kết δ (ppm) Mũi (Hz)
1 2H, H-1 4,05 t, J = 6,75 Hz
2 2H, H-9 3,40 t, J = 7 Hz
3 3H, H-2' 2,04 s
4 2H, H-8 1,82-1,88 m
5 2H, H-2 1,59-1,63 m
6 10H, H-3,4,5,6,7 1,31-1,44 m
Bảng 7 Dữ liệu phổ 13C NMR của 9-bromononyl acetate
TT Vị trí của C δ (ppm)
1 C-1 64,57
2 C-2 28,66
3 C-3 25,86
4 C-4 29,28
5 C-5 29,12
6 C-6 28,59
7 C-7 28,12
8 C-8 32,79
9 C-9 33,92
10 C-1' 171,17
11 C-2' 20,99
Từ kết quả phổ nghiệm trên, có thể xác định đây là cấu trúc 9-bromononyl acetate.
2.2.3 Tổng hợp 9-acetoxynonyltriphenylphosphonium bromide
Phương trình điều chế 9-acetoxynonyltriphenylphosphonium bromide
Cho triphenylphosphine hoà tan trong acetonitril cho đến khi tan hoàn toàn rồi cho 9-bromononyl acetate, lắc đều hỗn hợp. Đun hồi lưu hỗn hợp trong thời gian khoảng 15 giờ, tinh thể trắng xuất hiện bám lên thành bình thì dừng đun. Tách phần không tác dụng và phần dung môi, thu 9-acetoxynonyltriphenylphosphonium bromide tinh thể màu trắng.
a. Đun 9-bromononyl acetate với triphenylphosphine b. TLC Hình 7 Phản ứng điều chế và TLC của
9-acetoxynonyltriphenylphosphonium bromide Nhận xét và biện luận
Phản ứng được thực hiện trong môi trường khan nước. Do đó, tác chất và dung môi dùng cho phản ứng cần được xử lý khan. Tác chất triphenylphosphine là chất rắn và cần chuyển thành chất lỏng bằng cách hòa tan trong dung môi là acetonitril để dễ thực hiện phản ứng. Tuy nhiên nếu cho chúng vào 9-bromononyl acetate trước thì rất khó làm tan chúng. Hơn nữa triphenylphosphine ở nhiệt độ cao rất dễ bị biến đổi và làm cho phản ứng gặp khó khăn. Vì thế trong quá trình điều chế cần điều chỉnh nhiệt độ hồi lưu thích hợp để sản phẩm không bị vàng. Khi kết thúc phản ứng, gạn bỏ dung môi. Sản phẩm muối được rửa lại bằng ether nóng để loại triphenylphosphine dư.
Việc lựa chọn dung môi cho phản ứng rất khó khăn. Đối với những chất có mạch carbon dài như 9-acetoxynonyltriphenylphosphonium bromide, dung môi thường được sử dụng là acetonitril khan. Acetonitril có nhiệt độ sôi thấp hơn toluene
và xylene nên là dung môi giúp phản ứng dễ hồi lưu hơn mà ít bị cháy chất. Trong khi đó, toluene khan, xylene khan có nhiệt độ sôi cao hơn, sẽ rất khó khăn cho việc điều chỉnh nhiệt độ mà không ảnh hưởng đến tác chất và sản phẩm.
Phản ứng xảy ra theo cơ chế SN2. Ở trên nguyên tử phosphorus của tác chất triphenylphosphine còn đôi điện tử chưa tham gia liên kết nên chính tác chất này là tác nhân nucleophile tấn công vào nguyên tử carbon liên kết với bromo tạo thành chất trung gian. Sau đó chất trung gian chuyển thành sản phẩm muối. Cơ chế phản ứng được trình bày như sau:
Cơ chế phản ứng tạo 9-acetoxynonyltriphenylphosphonium bromide
Bảng 8 Khảo sát ảnh hưởng của dung môi đến hiệu suất phản ứng tổng hợp 9-acetoxynonyltriphenylphosphonium bromide
TT Dung môi
Thời gian (giờ)
K.L sản phẩm (g)/Hiệu suất (H%)
H.suất TB (H%)
Lần 1 Lần Lần 3
1 Acetonitril 24 2,85/51,4(*) 2,84/51,12 2,87/51,6 51,37
2 Xylene 24 4,23/76,25 4,21/75,9 4,28/77,16 76,44
3 Toluene 24 4,44/80,02 4,45/80,15 4,43/79,9 80,02
Khối lượng tác chất sử dụng cho khảo sát là 5,27 g (10mmol) 9-acetoxynonyltriphenylphosphonium bromide.
(*) Sản phẩm sạch đã được lọc trên cột silica gel, dung môi giải li 6% CH3OH/CH3Cl.
Kết quả sau khi xử lý số liệu bằng phần mềm thống kê Statgraphics
One-Way ANOVA
Summary Statistics for “Yield”
Solvent Count Average Standard deviation
Coeff. of
variation Range Stnd.
skewness Acetonitril 3 51,3733 0,241109 0,058133% 0,48 -0,3476
Xylene 3 63,6667 0,305505 0,093333% 0,6 0,6613
Toluene 3 80,0233 0,125033 0,015633% 0,25 0,084769
Total 9 65,0211 12,449 154,978% 29,03 0,254216
ANOVA Table for “Yield” by “Solvent”
Source Sum of Squares Df Mean Square F-Ratio P-Value Between groups 1239,49 2 619,745 11126,47 6,58.10-11
Within groups 1239,49 6 0,0557
Total (Corr.) 1239,82 8
Nhận xét
Bảng ANOVA: 11126,47 >> 6,58.10-11 tức là F-Ratio >> P-Value, điều này cho thấy có sự khác biệt đáng kể về hiệu suất phản ứng khi sử dụng dung môi khác nhau.
Bảng 8 cho thấy, khi tiến hành hồi lưu tác chất bromoalkanoate trong dung môi acetonitril cho hiệu suất lượng muối 9-acetoxynonyltriphenylphosphonium bromide sạch cô lập được tốt hơn so với dùng dung môi toluene hay xylene.
Xác định cấu trúc sản phẩm (Phụ lục 3)
Sản phẩm 9-acetoxynonyltriphenylphosphonium bromide được xác định cấu trúc dựa vào các phương pháp phổ sau:
Phổ IR (νmax,cm-1) (Phụ lục 3 - PL13): Mũi hấp thu dao động hóa trị của liên kết C=O ở ν = 1731 cm-1, liên kết C-O ở ν = 1030 cm-1, nhóm phenyl ở ν = 791-724 cm-1.
Phổ 1H NMR (500 MHz, CDCl3, δppm) (Phụ lục 3 - PL14, 15): xuất hiện tín hiệu proton của (C6H5)3P- ở δH = 7,75-7,91 ppm (15H, m), tín hiệu proton của -CH2O- ở δH = 3,96 ppm (2H, t, J = 6,75 Hz), tín hiệu proton của -CH2P- ở δH = 3,35 ppm (2H, m), tín hiệu proton của CH3- ở δH = 1,98 ppm (3H, s).
Phổ 13C NMR (125 MHz, CDCl3, δppm) (Phụ lục 3 - PL16, 17, 18): xuất hiện tín hiệu của CH3COO- ở δC = 170,34 ppm, tín hiệu của -CH2P- ở δC = 21,68 ppm, tín hiệu của O-CH2- ở δC = 63,74 ppm.
Bảng 9 Dữ liệu phổ 1H NMR của 9-acetoxynonyltriphenylphosphonium bromide
TT Số H và liên kết δ (ppm) Mũi (Hz)
1 14H, H-2,3,4,5,6,7,8 1,22-1,53 m
2 3H, H-2′ 1,98 s
3 2H, H-9 3,35 m
4 6
2H, H-1
9H, H-3",4",5"
3,96 7,75-7,83
t, J = 6,75 Hz m
7 6H, H-2",6" 7,88-7,91 m
Bảng 10 Dữ liệu phổ 13C NMR của 9-acetoxynonyltriphenylphosphonium bromide
TT Vị trí của C δ (ppm)
1 C-1 63,74
2 C-2 28,04
3 C-3 25,24
4 C-4 28,52
5 C-5, C-6 28,74 và 28,42
7 C-7 32,46
8 C-8, C-9 21,04 và 21,68
10 C-1′ 170,34
11 C-2′ 20,71
12 C-1′′ 118,23 và 118,91
13 C-3′′, C-5′′ 130,15 và 130,25
14 C-2′′, C-6′′ 133,52 và 133,60
15 C-4′′ 134,85
Theo kết quả phổ nghiệm thì có thể kết luận chất thu được là 9-acetoxynonyltriphenylphosphonium bromide.